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土壤侵蚀及其导致的土壤质量退化和生态环境恶化是实施可持续发展战略首先应考虑和解决的问题。密云县作为北京市的重要水源地,揭示该地区土壤侵蚀分异规律,为建立科学的土壤侵蚀调控机制具有重要意义。
本研究利用抽样调查法与网格法,两种水土流失调查方法对密云县水土流失规律进行了定量研究,不仅探讨了当前研究区土壤侵蚀分异特征,而且对比分析了两种水土流失调查方法的差异,最后取得了很多有意义的结果。
1.建立了适合我国的抽样调查程序,第一级为县级抽样区域,是空间分辨率最低的网格系统。根据我国县域面积的主体特征,将该级区域的网格大小确定为50km×50km;第二级为乡级抽样区域,是将县级抽样区域进一步划分为25个10km×10km的网格。它基本反映了我国乡域面积的主体特征;第三级为抽样控制区域,是将乡级抽样区域进一步化分为4个5km×5km的网格。所谓控制是指在每一个5km×5km的网格内都要保证有一个抽样地块,从而能对水土流失基本状况进行空间上的控制;第四级为基本抽样单元,是将抽样控制区域进一步划分为25个1km×1km的网格。为了保证抽样的代表性,规定将每个控制区域中心位置的基本抽样作为调查对象。
2.应用插钎法,对密云县山区坡面土壤厚度进行了抽样调查,并对调查数据进行了统计分析。结果表明山区土壤普遍较薄,平均厚度仅为15cm,土壤厚度90%在30厘米以下;76%的土壤厚度不足20厘米。土壤厚度空间变异特征分析发现,土壤厚度在2m长的线段上,93%的样本为中等变异,7%的样本属于高度变异。土壤厚度受坡向、坡度和植被覆盖度的影响较为明显。阴坡土壤厚度明显大于阳坡。坡度越大土壤就越薄,坡度较陡,是研究区土壤厚度普遍较薄的重要原因。植被覆盖度与土壤厚度呈正相关性,植被覆盖越好土壤厚度就越大。本研究采用的调查方法,能够快速获取土壤厚度及其空间分布,方法简单易行。研究结果可以为山区土地利用,水土保持规划与生态建设提供重要依据。
3.本研究通过抽样调查的方法,分析了北方石质山区土壤中的有机碳含量空间变异特征。对数据进行统计分析,结果表明整体数据是呈对数正态分布特征的。研究区土壤有机碳含量分布在0.03%-6.10之间,平均值为1.57%,变异系数为0.70,属中等变异。土壤有机碳含量与小于0.05mm(粉粒+粘粒)的粒径含量呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关。有机碳含量与土壤容重呈显著负相关。
4.密云县山区水土保持措施主要有谷坊、梯田、水平条、鱼鳞坑,其中谷坊和梯田的面积最大,谷坊主要分布在沟谷地,多为客土修筑而成,上面多为农地与经济林地。从统计结果来看,目前山区农地的主要水土保持措施为谷坊、梯田和水平条。但所占面积比例仅为27.8%,有72.2%的农地没有水土保持措施。密云县的经济林地水土保持措施主要以树盘和水平条为主,两者所占的比例为62.85%,没有水土保持的经济林地面积占18.88%。
5.不同水土保持措施状态下的玉米地土壤侵蚀特征存在显著差异,其中无水土保持措施的条件下,玉米地平均侵蚀量高达750t/km2.a-1,玉米地的水土保持措施类型主要是谷坊、梯田、水平条,其中谷坊与梯田的土壤侵蚀量相对较小,平均侵蚀量低于100t/km2.a-1,而相对无水土保持条件的侵蚀状况来看,水平条的水土保持效益最低。
6.无任何水土保持条件下的经济林地,土壤侵蚀量最大,平均侵蚀量为1722t/km2.a-1。不同水土保持措施条件的平均土壤侵蚀量分别是,谷坊48t/km2.a-1,梯田为104t/km2.a-1,水平条为693t/km2.a-1,树盘为868t/km2.a-1。谷坊与梯田的水土保持效果最好,侵蚀量都在200t/km2.a-1以下,而水平条与树盘两种水土保持条件下的经济林地平均土壤侵蚀量较大。
7.抽样调查结果显示,研究区微度侵蚀的比例为82%,轻度及轻度以上的比例不到20%,按照每个栅格的面积及侵蚀模数统计,得到密云县年平均侵蚀总量为41.17万吨,平均侵蚀模数为185t/km2.a-1。当无任何水土保持措施的假设下,总侵蚀量为67万吨,增加了26万吨,平均侵蚀模数为301t/km2.a-1。
8.网格法的调查结果要大于抽样法,产生的主要原因是,由于水土保持措施的作用对侵蚀量的大小起到至关重要的影响。而网格法较难获得区域尺度的水土保持措施数据,因此调查结果相对偏大。